DE602030C - Nachlaufgetriebe, insbesondere zum Stabilisieren von Geraeten an Bord von Schiffen - Google Patents

Description

Zur servomotorischen Fernsteuerung oder Stabilisierung von schweren Gegenständen auf bewegter Unterlage, z. B. von Scheinwerfern an Bord von Kriegsschiffen, kann man elekirische Motoren oder auch hydraulische Motoren in Gestalt eines von Drucköl beaufschlagten Kolbens verwenden, der sich entweder gradlinig oder in einer Kreisbahn bewegt.
Die Elektromotoren haben den Nachteil, daß ihre Anker bei größeren Leistungen ein großes Trägheitsmoment besitzen und deswegen sowohl beim Anlassen als beim Stillsetzen der vorgegebenen Bewegung zeitlich nachhinken, mit dem Erfolg, daß die vorgegebene Bewegung nur ungenau und mit Pendelungen des stabilisierten Körpers um die Mittellage nachgebildet wird (siehe z. B. Patent 558 538, Seite 6, oben). Die hydraulischen Servomotoren haben den Nachteil, daß bei ihrer einfachsten Ausbildung als hin und her gehende Kolben ihr Hub durch die Konstruktion begrenzt ist. Ihre Größe wird darum nicht nur von dem erforderlichen Drehmoment bestimmt, sondern auch von der Größe »der servomotorisch zu erzeugenden Bewegung,

z. B. von dem Winkelbereich des fernzusteuernden Scheinwerfers. Hieraus ergeben sich un-. handliche Abmessungen des hydraulischen Zylinders. In den Fällen, in denen die unbegrenzte Drehbarkeit um die. senkrechte Achse in ein und derselben Richtung gefordert wird, wie bei frei aufgestellten Scheinwerfern, Entfernungsmessern u. dgl. war es bisher überhaupt nicht möglich, die Servomotore hydraulisch wirken zu lassen und als Kolben mit begrenztem Hub auszubilden.

Dagegen besitzen die hydraulischen Servomotoren den Vorteil, daß sie die vorgegebene Bewegung innerhalb ihres Arbeitsbereiches sehr genau und ohne störende Pendelungen nachbilden.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, die Vorteile beider Systeme nutzbar zu machen, ohne ihre Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der hydraulische Servomotor zur Erweiterung seines Bewegungsbereiches von einem elektrischen Servomotor unterstützt wird, der ebenfalls auf den zu bewegenden Körper einzuwirken vermag. Bei dieser Vereinigung zweier Servomotore erhält der Elektromotor die Aufgabe, beliebig große Winkel der vorgegebenen Bewegung mit einem mäßigen Genauigkeitsgrad nachzubilden, während es dem hydraulischen Motor obliegt, die innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Bereiches liegenden Ungenauigkeiten zu beseitigen, die der Elektromotor wegen seines Ankerträgheitsmoments nicht bewältigen kann.

Vorzugsweise sind die beiden Motoren derart mit dem zu bewegenden Körper verbunden, daß

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben zvorden:

Wolf gang Otto in Kitzeberg b. Kiel.

sich ihre Triebbewegungen überlagern, z. B. durch ein Differentialgetriebe.

Hierbei wird erfindungsgemäß der Elektromotor von dem hydraulischen Motor in Gang gesetzt, wenn dieser einen bestimmten Arbeitsbereich verläßt, während der hydraulische Motor seinerseits vom Steuerorgan in Abhängigkeit von der resultierenden Gesamtbewegung überwacht wird. Dies hat zur Folge, daß der to Elektromotor infolge der Differentialwirkung den hydraulischen Motor in dessen normalem Arbeitsbereich zu halten sucht oder ihn in diesen zurückbringt, falls er den Arbeitsbereich vorübergehend verlassen sollte.

Drei Ausführungsformen der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen schematisch veranschaulicht. In diesen zeigt

Fig. ι schaubildlich den zu bewegenden Körper mit den beiden Servomotoren, wobei deren Steuerungen nur zum Teil angedeutet sind. Fig. 2 eine Ausführungsform mit einem anderen Differentialgetriebe unter Fortlassung der Steuermittel und

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 1 in anderer Ausführung.

In Fig. ι ist ein Nachlaufgetriebe veranschaulicht, das zur Stabilisierung einer Grundplatte 5 um die zum Schiff senkrechte Achse nach der Weisung eines Kreiselkompasses o. dgl. dient. Die Grundplatte 5 ist um den Zapfen 4 drehbar gelagert und trägt am Rande eine Verzahnung, in welche das Ritzel 6 eingreift. Das Ritzel 6 wird von der Summenwelle 7 eines Umlaufgetriebes 8 angetrieben, dessen Einzelantriebe der Elektromotor 10 und über Ritzel 16 und Zahnstange 15 der hydraulische Druckkolben 13 im Zylinder 14 sind. Der Elektromotor treibt hierbei den die Umlaufräder tragenden Stern an, während das Ritzel 16 an einer auf der Welle des Elektromotors lose gelagerten Hülse sitzt, die das obere Sonnenrad des Umlaufgetriebes trägt. Das untere Sonnenrad ist auf der Summenwelle 7 befestigt. Mit dieser ist ein elektrischer Ferngeber 17 gekuppelt, der den synchronen Empfänger 18 am Kreiselapparat in entsprechende Umdrehungen versetzt. Dieser Empfänger 19 ist im gleichen Verhältnis wie Rad 6 auf Plattform 5 auf einen Kontaktgeber20 übersetzt, so daß die Relativdrehungen des So Kontaktgebers 20 zum Schiff die gleichen sind . wie die der Grundplattes zum Schiff. Der Kontaktgeber 20 besteht aus einer Platte mit in geringem Abstand voneinander befindlichen leitenden Bahnen 1 und 3. Auf dieser Platte läuft ein Kontaktstift 2, der gleichachsig zur Platte 20 gelagert ist und von dem Kreiselapparat, z. B. einem Tochterkompaß, dessen Einzelheiten hier nicht in Betracht kommen, azimutfest gehalten wird. Für gewöhnlich liegt der Kontaktstift 2 zwischen den leitenden Bahnen 1 und 3, ohne diese zu berühren. Dreht j sich aber das Schiff um einen kleinen Betrag, so kommt Kontakt 2 entweder mit Kontaktbahn ι oder Kontaktbahn 3 in Berührung. Hierdurch werden Stromkreise geschlossen, welche durch bekannte, hier nicht dargestellte Mittelglieder das Druckmittel für den Kolben 13 nach Richtung und Menge derart steuern, daß die Grundplatte 5 und über Geber und Empfänger 17 und 19 auch die Kontaktbahnplatte 20 so lange gegengedreht werden, bis der Kontaktstift 2 wieder stromlos wird. Am Ende dieses sich in äußerst kurzer Zeit abspielenden Vorganges ist also die Grundplatte 5 um den gleichen Winkel, jedoch in entgegengesetzter Riehtung, gedreht worden, wie sich das Schiff gegen den azimutfesten Stift 2 gedreht hatte. Es wird also durch die Gegendrehung, die sich je nach den Gierbewegungen des Schiffes nach beiden Seiten beliebig oft wiederholen kann, die Grundplatte 5 azimutfest gehalten.

Es sei bemerkt, daß die Kontaktgabe durch den starren Stift 2 und zwei Kontaktbahnen 1 und 3 auch durch andere Steuerungsarten ersetzt werden kann, wie z. B. durch die in Patent 556 193 dargestellte Widerstandssteuerung in Brückenschaltung, welche gänzlich frei von Rückwirkungen auf das Kr.eiselsystem ist.

Der Arbeitsbereich des Druckkolbens 13 umfaßt nur einen bestimmten Winkel, so daß eine solche Einrichtung, wenn der Elektromotor 10 nicht vorhanden wäre, nur die Gierbewegungen des Schiffes auf einem bestimmten Kurs ausschalten kann, dagegen bei größerem Kurswechsel oder Zielwechsel versagen müßte. Es ist darum eine Anordnung getroffen, durch die der Elektromotor von dem Arbeitskolben in Gang gesetzt wird, wenn dieser einen bestimmten Arbeitsbereich verläßt. Zu diesem Zweck ist die Zahnstange 15 mit zwei gegen sie isolierten, elektrisch leitenden Bahnen 9 und 12 versehen, die in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind. Auf diesen Kontaktbahnen gleitet eine schiffsfeste Kontaktrolle 11, die den Motor 10 beim Auflaufen auf die Bahn 9 in der einen Richtung und beim Auflaufen auf die Bahn 12 in der anderen Richtung anlaufen läßt. Zweckmäßigerweise ist der Motor 10 über eine flachgängige Schnecke und Schneckenrad oder ein anderes selbstsperrendes Getriebe mit dem Differential 8 verbunden, so daß er von dem Arbeiten des Kolbens 13 nicht berührt wird.

Die gleiche Differentialwirkung wie durch ein Umlaufgetriebe kann auf andere Weise erzielt werden, z. B. dadurch, daß der hydraulische Motor schiffsfest aufgestellt wird und das Fundament des Elektromotors' verschiebt, der seinerseits mit einer Schnecke in ein an der Plattform befindliches Schneckenrad eingreift, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Bei diesem Differentialgetriebe wirkt das Schneckenrad

mit Bezug auf den Arbeitskolben 13 wie ein ■" durch Zahnstange angetriebenes Zahnrad, mit Bezug auf den' Elektromotor als Schneckenrad, so daß die beiden Bewegungen sich ebenfalls addieren. Auch andere Anordnungen zur Addition der Bewegungen sind möglich, doch ist es in allen Fällen wesentlich im Sinne der Erfindung, daß die resultierende Gesamtbewegung auf den Steuerkontakt 2 elektrisch oder mein chanisch rückübertragen wird.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise sei zuerst angenommen, daß das Schiff unbeweglich fest liegt, daß der Kontakt 2 seine richtige Stellung in der neutralen Zone zwischen den Kontaktbahnen 1 und 3 einnimmt und daß der Kolben 13 aus irgendwelchen Gründen bis dicht an eins seiner Hubenden gelangt ist, so daß sein Arbeitsspielraum fast erschöpft ist. ■ Wird jetzt die Kontaktrolle 11 unter Strom gesetzt (im normalen Betrieb steht sie natürlich dauernd unter Strom), so läuft der Elektromotor 10 an und sucht seinerseits die Plattform 5 zu drehen. Da aber über den Geber 17 und den Empfänger 19 die gleiche Drehung auf den Kontaktbahnträger 20 ausgeübt wird, wird dem Kolben 13 Druck zugeführt, so daß er in die Richtung seiner Mittelstellung wandert und dabei gleichzeitig die vom Elektromotor 10 erzeugte kleine Verdrehung der Plattform 5 und des Trägers 20 rückgängig macht. Dieses Spiel wiederholt sich, bis der Motor 10 wieder zur Ruhe kommt, d. h. bis der Arbeitskolben 13 etwa in der Mitte seines Arbeitsbereiches angelangt ist. Treten während der gleichen Zeit Drehungen des Schiffes um die Hochachse auf, so überlagern sich diese beiden Bewegungen. Je nach der Drehrichtung des Schiffes wird die Zahl der Umdrehungen des Elektromotors, die bis zur Beendigung des beschriebenen Vorganges erforderlich sind, um den Arbeitskolben in seine günstigste Stellung zu bringen, größer oder kleiner als bei ruhendem Schiffe sein.

Es kann die Einrichtung so getroffen werden, daß die Geschwindigkeit des Elektromotors 10 in dem Maße wächst, in welchem sich der Kolben 13 von seiner Mittelstellung oder seinem neutralen Arbeitsbereich entfernt. Ein Vorbild hierfür bietet die in der deutschen Patentschrift 556 193 wiedergegebene Brückenschaltung. Auch können ,die Kontaktbahnen 9 und 12 als mehrstufige Anlasser ausgebildet sein. Dann ist es denkbar, daß während gewisser Zeiträume die Drehung des Schiffes um die Hochachse und die durch den Elektromotor 10 erzeugte Gegendrehung genau gleich schnell verlaufen. In einem solchen Falle wird also die Gegendrehung ausschließlich vom Elektromotor 10 bestritten, ohne daß von den Kontaktbahnen 2 oder 3 eine unter Strom steht. Sobald jedoch diese Gleichheit im einen oder anderen Sinne gestört wird, sorgt Arbeitskolben 13 dafür, daß kein Nacheilen oder Überschießen von Plattform 5 gegenüber Kreisel 18 stattfindet, und daß gleichzeitig Drehsinn und Drehgeschwindigkeit des Motors 10 angenähert den Schiffsdrehungen entsprechend geregelt wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Steuerung des Elektromotors 10. Hier sind die Kontaktbahnen 9 und 12 nicht starr mit der Stange des Arbeitskolbens 13 verbunden, sondem über eine nachgiebige Rückführung bekannter Art, bestehend aus dem ölzylinder 23, der mit dem Ölkatarakt 22 versehen ist und einen Kolben 24 einschließt. Die Stange dieses Kolbens steht unter der Wirkung der Feder 25, deren anderes Ende fest mit dem Schiff verbunden ist, und die mit entsprechender zeit-, licher Verzögerung die Kontaktbahnen 9 und 12 in ihre Mittellage mit Bezug auf die Kontaktrolle 11 zurückzuführen sucht, auch dann, wenn der Arbeitskolben 13 nicht in der Mittellage ist. Die Kontaktbahnen 9 und 12 sind starr mit dem Kolben 24 des ölkataraktes verbunden, während der zugehörige Zylinder 23 starr mit der Stange des Arbeitskolbens 13 verbunden ist. Daraus folgt, daß kurze, ruckartige Bewegungen des Kolbens 13 sich mit großer Genauigkeit auf die Kontaktbahnen 9 und 12 übertragen, daß aber bei längere Zeit anhaltenden Abweichungen des Kolbens 13 aus der Mittellage die Feder 25 den go Kontaktbahnen ihren Mittellagen zuzustreben gestattet, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die einesteils von der Federspannung, andernteils von der Größe der Durchtrittsöffnung am ölkatarakt abhängt. Diese Einrichtung bewirkt, daß bei periodischen Bewegungen (z. B. Schlingern) eine gewisse Voreilung in der Steuerung des Motors 10 erzeugt wird, was dazu beiträgt, den Anteil der elektromotorischen Steuerung in der Nachbildung der vorgegebenen Bewegung zu vergrößern.

Neben den bereits genannten Vorteilen ist zu erwähnen, daß in dieser Anordnung der Afbeitskolben 13 nicht nur die genaue Übereinstimmung im Azimut zwischen Plattform 5 und Kreiselgerät 18 herbeiführt, sondern gleichzeitig als Kraftrelais für die Regelung des Motors 10 wirkt, und daß die vom Kreiselgerät ausgehende unmittelbare Steuerimg des Kolbens 13 und die mittelbare feinstufige Steuerung des Elektromotors 10 von ein und demselben Kontakt 2 und mit einer sehr geringen Anzahl von Leitungen ausgeübt wird.

Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellte Stabilisierung durch Kreiselgeräte. Sie kann vielmehr mit Vorteil zu jeder kraftgebenden Fernsteuerung benutzt werden, wie z. B. zur winkelgetreuen Einstellung von Geschützen nach einer durch Rechengeräte bewegten Rohrparallele oder für Ferneinstellung nach Befehlsapparaten anderer Art.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Nachlaufgetriebe, bei welchem ein hydraulischer Servomotor die durch sein Steuerorgan vorgegebene Bewegung nachbildet, insbesondere zum Stabilisieren schwerer Geräte an Bord von Schiffen nach den Angaben eines das Steuerorgan verstellenden Kreiselgerätes, dadurch gekennzeichnet,

   ίο daß der hydraulische Servomotor (13, 14) zur Erweiterung seines Bewegungsbereiches von einem elektrischen Servomotor (10) unterstützt wird, der ebenfalls auf den zu bewegenden Körper (5) einzuwirken vermag.
2. 2. Nachlaufgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Motore (10 und 13, 14) derart mit dem zu 'bewegenden Körper (5) verbunden sind, daß sich ihre Triebbewegungen überlagern,

   ao z. B. durch ein Differentialgetriebe (Umlaufgetriebe 8).
3. 3. Nachlauf getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor von dem hydraulischen Motor, z. B.

   Arbeitskolben, in Gang gesetzt wird, wenn dieser einen bestimmten Arbeitsbereich verläßt, während der hydraulische Motor seiner- ' seits vom Steuerorgan in Abhängigkeit von der resultierenden Gesamtbewegung überwacht wird, so daß der Elektromotor den hydraulischen Motor infolge der Differentialwirkung in dessen normalem Arbeitsbereich zu halten sucht oder in diesen zurückbringt.
4. 4. Nachlaufgetriebe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der vom hydraulischen Kolben (13) verstellten Steuerelemente (9, 11, 12) des Elektromotors, z. B. als mehrstufiger Anlasser, daß die Geschwindigkeit des Elektromotors (10) mit zunehmender Entfernung des Kolbens (13) von seiner Mittellage oder seinem normalen Arbeitsbereich wächst.
5. 5. Nachlauf getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente (9, 11, 12) des Elektromotors (10) unabhängig von dem hydraulischen Kolben (13) nachgiebig in die neutrale Mittellage zurückgeführt werden (Fig. 3).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen